高性能碱性电解槽用碱性稳定且机械坚固的互穿聚合物网络型阴离子交换膜

为解决阴离子交换膜(AEM)在碱性介质中降解影响电解槽耐久性的问题，来自国内的研究团队开发了不同厚度(110、80和40 μm)的互穿聚合物网络阴离子交换膜(IPN-AEMs)。研究发现IPN-AEM-40膜具有最优性能(离子电导率5.5×10?2 S cm?1)，在80℃的5 M KOH中90天后仍保持75%电导率，电解性能达850 mA cm?2(2V)，展现其在高性能可持续制氢领域的应用潜力。

　　

阴离子交换膜(Anion Exchange Membranes, AEMs)在碱性环境下的降解问题，一直是制约阴离子交换膜水电解槽(Anion Exchange Membrane Water Electrolyzers, AEMWEs)耐久性与性能表现的关键瓶颈。为此，科研人员成功研制出一种具有互穿聚合物网络(Interpenetrating Polymer Network, IPN)结构的阴离子交换膜(IPN-AEMs)，并针对碱性电解及海水电解应用，设计了三种不同厚度(110、80和40微米)的膜样品。

在所有这些制备的膜中，IPN-AEM-40展现出卓越的综合性能：其吸水率达到33%，离子交换容量为1.3 meq g^?1，更重要的是，其离子导电性高达5.5 × 10^?2 S cm^?1。为了验证其长期运行的可靠性，研究人员将IPN-AEM-40膜置于80°C的5 M氢氧化钾(KOH)溶液中进行苛刻的碱性稳定性测试。令人振奋的是，经过长达90天的考验，该膜依然能够保持初始离子导电性的75%。通过傅里叶变换红外光谱(FT-IR)技术与计算模拟分析的共同印证，研究人员确定亲核取代反应是导致膜性能衰减的主要途径。

在电解性能评估中，IPN-AEM-40膜在80°C的1 M KOH电解液中，于2 V电压下实现了850 mA cm^?2的高电流密度。即便在更具挑战性的海水电解条件下，它同样表现优异，在80°C时电流密度可达600 mA cm^?2。这些扎实的实验数据充分表明，IPN-AEM-40膜为实现高性能、长寿命的氢能制备提供了一条极具前景的技术路径。